Des scientifiques de l’Université du Connecticut ont dévoilé un nouveau système d’imagerie, l’imageur à synthèse d’ouverture multi-échelle (MASI), qui contourne les limites des optiques traditionnelles à lentilles pour atteindre une résolution 3D submicronique sans avoir recours à des lentilles. Inspiré par les techniques utilisées en radioastronomie – y compris celles qui ont permis la première image d’un trou noir – MASI promet des applications transformatrices dans les domaines de la médecine légale, du diagnostic médical et de la télédétection.
Surmonter un obstacle technique de longue date
Pendant des décennies, l’imagerie optique haute résolution a été limitée par la physique de la lumière. L’imagerie à synthèse d’ouverture (SAI) conventionnelle nécessite une synchronisation précise entre plusieurs capteurs, un exploit facilement réalisable aux longueurs d’onde radio en raison de leurs longueurs d’onde plus longues. Cependant, aux longueurs d’onde de la lumière visible, où les détails intéressants sont mesurés en micromètres, une telle synchronisation devient presque impossible à maintenir physiquement.
MASI résout ce problème en déplaçant la charge de synchronisation du matériel vers le logiciel. Au lieu d’exiger que les capteurs fonctionnent en parfaite synchronisation physique, cela permet à chaque capteur de mesurer la lumière indépendamment. Des algorithmes informatiques assemblent ensuite ces données indépendantes en une image cohérente à ultra haute résolution. Le processus est analogue à celui de plusieurs photographes capturant une scène et permettant à un logiciel de combiner leurs données brutes en une seule reconstruction très détaillée.
Comment fonctionne MASI : diffraction, pas réfraction
L’imagerie conventionnelle repose sur des lentilles pour focaliser la lumière. MASI adopte une approche fondamentalement différente : il utilise un ensemble de capteurs codés positionnés dans un plan de diffraction pour capturer des modèles de diffraction bruts. Ces modèles contiennent à la fois des informations d’amplitude et de phase, qui sont récupérées informatiquement. Le système propage ensuite numériquement ces champs d’ondes pour reconstruire l’image.
L’innovation clé réside dans la synchronisation de phase informatique. Au lieu d’aligner physiquement les capteurs, MASI ajuste de manière itérative les déphasages relatifs des données de chaque capteur dans le logiciel afin de maximiser la cohérence globale. Cela élimine la limite de diffraction et d’autres contraintes imposées par l’optique traditionnelle. Le résultat est une ouverture synthétique virtuelle qui peut être plus grande que n’importe quel capteur unique, permettant une résolution sans précédent et une large couverture de champ.
Implications et évolutivité
Les avantages de l’imagerie sans lentille sont significatifs. Les objectifs traditionnels obligent les concepteurs à faire des compromis : une résolution plus élevée nécessite une plus grande proximité de l’objet, limitant la distance de travail et rendant certaines tâches peu pratiques. MASI, en revanche, peut capturer des diagrammes de diffraction à des centimètres de distance, reconstruisant des images à des niveaux inférieurs au micron.
“Cela revient à examiner les fines crêtes d’un cheveu humain depuis un ordinateur de bureau au lieu de l’approcher à quelques centimètres de votre œil”, explique le professeur Guoan Zheng, auteur principal de l’étude. Le système évolue également de manière linéaire, ce qui signifie que l’augmentation de la résolution ne nécessite pas de matériel exponentiellement plus complexe, contrairement aux optiques traditionnelles. Cette évolutivité suggère un potentiel pour des baies encore plus grandes et des applications imprévues dans le futur.
Les découvertes de l’équipe, publiées dans Nature Communications, représentent un pas en avant significatif dans la technologie de l’imagerie. La possibilité d’obtenir une haute résolution sans lentilles ouvre la porte à un large éventail de possibilités, depuis l’analyse médico-légale détaillée jusqu’aux diagnostics médicaux non invasifs.
